KR20080057835A

KR20080057835A - 가스분사장치

Info

Publication number: KR20080057835A
Application number: KR1020060131614A
Authority: KR
Inventors: 김철식
Original assignee: 주성엔지니어링(주)
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2008-06-25

Abstract

본 발명은, 챔버 내부에 인입되는 가스인젝터의 단부에 연결하여 사용하는 가스분사장치에 있어서, 상기 가스인젝터의 단부에 분리 가능하게 결합하는 통 형상의 연결부; 다수의 분사홀을 가지고 일단이 상기 연결부의 측면에 결합되며, 서로 동일한 각도로 이격되어 방사형으로 배치되는 다수의 제1 가스관을 포함하는 가스분사장치에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 챔버 내부의 플라즈마 균일도가 개선되어 박막균일도를 크게 향상시킬 수 있다. 또한 기판의 크기나 공정조건에 따라 가스인젝터의 단부에 결합하는 가스분사장치만을 교환하면 되므로 기판처리장치의 유지비용이 절감된다.

가스분사장치

Description

가스분사장치{Gas injection apparatus}

도 1은 일반적인 HDP CVD 장치를 나타낸 도면

도 2는 종래 가스인젝터의 단부를 나타낸 도면

도 3은 기판안치대의 주변부를 따라 가스분사구가 형성된 HDP CVD장치를 나타낸 도면

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스분사장치를 나타낸 도면

도 5는 제1 실시예에 따른 가스분사장치가 인젝터의 단부에 결합된 모습을 나타낸 단면도

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스분사장치를 나타낸 도면

도 7a 및 도 7b는 인젝터의 단부에 가스분사장치를 끼워맞춤식으로 결합하는 모습을 나타낸 도면

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100,200: 가스분사장치 110, 120: 연결부

120,220: 가스관 122, 222: 분사홀

본 발명은 반도체소자나 평면표시장치를 제조하기 위하여 웨이퍼 또는 글래스(이하 기판이라 함)를 처리하는 기판처리장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 기판에 증착되는 박막의 균일도를 향상시키기 위해 기판처리장치에 설치되는 가스분사장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체소자나 평면표시장치를 제조하기 위해서는 기판에 소정의 박막을 형성하는 증착공정, 증착된 박막에 감광성 물질을 도포하고 소정 패턴의 마스크를 이용하여 노광하고 현상하는 포토리소그래피 공정, 패터닝된 마스크를 이용하여 증착된 박막을 패터닝하는 식각공정 등을 수행하여야 하며, 이들 공정은 각 공정을 위해 최적의 환경으로 설계된 기판처리장치의 내부에서 진행된다.

도 1은 반도체소자의 제조를 위한 기판처리장치 중에서 트렌치 또는 콘택홀을 채우는 갭필(gap-fill)을 수행하기 위해 고밀도의 플라즈마를 발생시키는 화학기상증착(CVD) 장치를 예시한 도면이다.

이를 살펴보면, 일정한 반응공간을 형성하는 챔버(10), 챔버(10)의 내부에 설치되어 기판(s)을 안치하는 기판안치대(20), 원료물질 공급을 위해 기판안치대(20)의 상부에 설치되는 가스인젝터(30)를 포함한다.

챔버(10)는 알루미늄 재질의 바디(11)와 상기 바디(11)의 상부에 놓여지는 석영재질의 돔(12)으로 이루어지며, 돔(12)의 상부에는 RF전력이 인가되는 RF안테나(40)가 설치된다.

RF안테나(40)는 RF전원(50)에 연결되며, RF안테나(40)와 RF전원(50)의 사이에는 임피던스 정합을 위한 정합회로(52)가 설치된다.

챔버 바디(11)의 하부에는 잔류가스를 배출하기 위한 배기구(14)가 설치되며, 배기구(14)에는 터보분자펌프(TMP) 등과 같은 고진공 펌프가 설치된다.

이러한 기판처리장치에서 기판(s) 표면에 산화실리콘(SiO₂)막을 형성하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저 챔버(10) 내부로 기판(s)을 반입하여 기판안치대(20)의 상면에 안치하고, 진공펌핑을 통해 공정분위기를 조성한다.

이어서 RF안테나(30)에 RF전력을 인가하고, 가스인젝터(30)를 통해 챔버(10) 내부에 O₂, O₃ 등의 산소소스물질과 SiH₄ 등의 Si소스물질을 공급하면, 챔버(10)의 내부에 유도되는 RF전기장에 의해 가속된 전자가 중성기체와 충돌하면서 이온과 활성종의 혼합체인 플라즈마가 발생하고, 이러한 이온 및 활성종이 기판(s)의 표면으로 입사하여 SiO₂ 박막이 형성된다.

그런데 이러한 과정을 거쳐 기판(s)에 형성된 박막은 기판 전체에 걸쳐 균일한 두께를 가지는 것이 바람직하지만 실제로는 가스인젝터(30)가 위치한 기판중 앙부에 주변부보다 두꺼운 박막이 형성되는 경우가 많다.

이것은 도 2에 도시된 바와 같이 가스인젝터(30)의 단부에 형성되는 분사홀(32)의 개수가 가스인젝터(30)의 자체 직경에 의해 제한될 수밖에 없기 때문이다. 더 많은 분사홀(32)을 형성하기 위해 가스인젝터(30)의 직경을 증가시키게 되면 챔버 내부에 발생하는 플라즈마의 균일도나 공정변수에 악영향을 줄 수 있기 때문에 바람직하지 않다.

따라서 최근에는 박막균일도를 향상시키기 위하여 도 3에 도시된 바와 같이 기판안치대(20)의 주변부를 따라 가스분사구(60)를 설치하는 경우도 있다. 그런데 이러한 구조는 기판안치대(20)의 구성을 더욱 복잡하게 할 뿐만 아니라 기판(s)이 대면적화될 경우에는 기판(s)의 중앙부와 주변부 사이의 중간영역에서 박막이 상대적으로 얇아지는 문제가 발생한다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 기판의 전면에 걸쳐 균일한 두께의 박막을 증착할 수 있는 가스분사장치를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 챔버 내부에 인입되는 가스인젝터의 단부에 연결하여 사용하는 가스분사장치에 있어서, 상기 가스인젝터의 단부에 분리 가능하게 결합하는 통 형상의 연결부; 다수의 분사홀을 가지고 일단이 상기 연결부의 측면에 결합되며, 서로 동일한 각도로 이격되어 방사형으로 배치되는 다수의 제1 가스관을 포함하는 가스분사장치를 제공한다.

상기 연결부를 상기 가스인젝터의 단부에 나사결합함으로써 하부에 위치하는 기판과의 거리조절이 가능한 것이 바람직하다.

상기 가스인젝터에는, 상기 가스인젝터의 단부에 상기 연결부를 삽입할 때 상기 제1 가스관의 이동을 가이드하기 위한 것으로서, 상단부가절곡된 세로방향의 안내홈이 다수 형성될 수 있다.

상기 가스분사장치는 인접한 상기 각 제1 가스관의 타단을 서로 연결하는 제2 가스관을 더 포함할 수 있으며, 이때 상기 제1가스관과 상기 제2 가스관은 서로 연통하는 것이 바람직하다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 먼저 본 발명은 도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같이 챔버(10)의 내부로 인입된 가스인젝터(30)의 단부에 결합하여 사용하는 가스분사장치에 관한 것이다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스분사장치(100)를 나타낸 사시도이고, 도 5는 상기 가스분사장치(100)가 가스인젝터(30)의 단부에 나사 결합하는 모습을 나타낸 단면도이다.

상기 가스분사장치(100)는 가스인젝터(30)의 단부에 결합하는 통 형상의 연결부(110)와, 상기 연결부(110)의 측면에 등간격으로 결합하고 다수의 분사홀(122) 을 가지는 다수의 가스관(120)으로 이루어진다.

상기 연결부(110)의 측면에는 등간격으로 다수의 결합홈이 형성되며, 각 결합홈에는 상기 각 가스관(120)의 일단이 하나씩 끼워진다.

따라서 가스인젝터(30)를 통해 공급되는 원료물질은 연결부(110)를 거쳐 각 가스관(120)의 내부로 유입된 후에 분사홀(122)을 통해 챔버 내부로 균일하게 분사된다.

상기 분사홀(122)의 방향을 특별히 제한할 필요는 없지만, 측방으로 형성하는 것이 가스균일도를 높이는데 보다 유리하다.

각 가스관(120) 사이의 각도는 공정조건이나 기판의 크기에 따라 결정하면 된다.

각 가스관(120)의 길이는 기판처리장치의 구조나 다른 가스분사수단의 유무에 따라 결정될 수 있는데, 만일 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스분사장치(100)가 유일한 가스분사수단이라면, 각 가스관(120)은 기판(s)의 가장자리를 커버할 수 있을 정도의 길이를 가지는 것이 바람직하다.

그런데 도 2에 도시된 바와 같이 기판안치대(20)의 주변에도 가스분사구(60)가 형성되어 있는 구조인 경우에는 기판 중간영역의 박막두께를 고려하여 각 가스관(120)은 기판의 중간영역까지 커버할 수 있을 정도의 길이로 제조하는 것이 바람직하다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스분사장치(200)를 나타낸 도면으로서, 가스인젝터(30)의 단부에 결합하는 통 형상의 연결부(210), 상기 연결부(210)의 측면에 일단이 결합하고 다수의 분사홀(222)을 가지는 다수의 제1 가스관(220), 인접한 상기 제1 가스관(220)의 타단을 서로 연결시키는 제2 가스관(230)을 포함한다.

상기 연결부(210)의 측면에는 등간격으로 다수의 결합홈이 형성되며, 상기 제1 가스관(120)의 일단은 상기 각 결합홈에 하나씩 끼워져 서로 등간격의 방사형 패턴으로 배치된다.

따라서 가스인젝터(30)를 통해 공급되는 원료물질은 연결부(210)를 거쳐 각 제1 가스관(220)의 내부로 유입된 후에, 일부는 분사홀(222)을 통해 챔버 내부로 분사되고 나머지 일부는 제1 가스관(220)의 말단에서 제2 가스관(230)으로 유입되어 분사홀(232)을 통해 챔버 내부로 분사된다.

본 발명의 제2 실시예에 따르면 제1 가스관(220)의 단부를 서로 연결하는 제2 가스관(230)이 존재하기 때문에, 인접한 제1 가스관(220)과의 거리가 주변부로 갈수록 멀어짐으로써 발생하는 플라즈마의 불균일 현상을 크게 해소할 수 있다.

한편 챔버 내부에 발생한 플라즈마에 미치는 영향을 최소화하기 위하여 전술한 각 실시예에 따른 가스분사장치(100,200)는 세라믹 재질로 제조되는 것이 바 람직하다.

또한 상기 각 가스분사장치(100,200)의 연결부(110,210)를 가스인젝터(30)에 연결할 때는, 필요시에 가스분사장치(100,200)와 하부 기판(s)과의 거리를 조절할 수 있도록 연결하는 것이 바람직하다.

이러한 연결방식은 나사결합식과 끼워맞춤식으로 나눌 수 있다.

나사결합식은 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 연결부(110,210)에 나사산을 형성하여 가스분사장치(100,200)를 가스인젝터(30)의 단부에 나사 결합하는 방식이다. 이때 나사결합부위를 통한 가스유출을 방지하기 위하여 나사산에 별도의 본딩 물질을 첨가할 수도 있다.

이러한 나사결합식에서는 연결부(110,210)를 회전시켜 가스분사장치(100,200)와 하부 기판(s)과의 거리를 조절함으로써 플라즈마 균일도를 조절할 수 있다.

끼워맞춤식은 연결부(110)에 힘을 가하여 가스인젝터(30)의 단부에 단순히 꽉끼우는 방식, 또는 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이 가스인젝터(30)의 단부에 세로방향의 안내홈(32)을 다수 형성하여 연결부(110)를 끼우는 방식이 있다.

후자의 경우에 안내홈(32)은 연결부(110)를 가스인젝터(30)의 단부에 삽입할 때 가스관(120)의 이동을 가이드하는 부분으로서 가스관(120)의 개수만큼 형성된다.

또한 각 안내홈(32)은 상단부에서 옆으로 절곡되어 있기 때문에, 연결 부(110)를 가스인젝터(30)의 단부에 삽입한 후에 옆으로 돌려주면 상기 절곡부에 가스관(120)을 거치시킬 수 있다.

한편 가스관(120)과 하부 기판(s)과의 거리 조절을 위해서는 가스인젝터(30)에 형성되는 안내홈(32)을 다양한 높이로 형성하는 것이 바람직하다. 그 예로서, 도 7a 및 도 7b에서는 상기 안내홈(32)을 제1 높이를 가지는 안내홈과 제2 높이를 가지는 안내홈으로 구성하였다.

본 발명에 따르면, 챔버 내부의 플라즈마 균일도가 개선되므로 박막균일도를 크게 향상시킬 수 있다.

또한 기판의 크기나 공정조건에 따라 가스인젝터의 단부에 결합하는 가스분사장치만을 적절히 교환하면 되므로 기판처리장치의 유지비용이 절감된다.

Claims

챔버 내부에 인입되는 가스인젝터의 단부에 연결하여 사용하는 가스분사장치에 있어서,

상기 가스인젝터의 단부에 분리 가능하게 결합하는 통 형상의 연결부;

다수의 분사홀을 가지고 일단이 상기 연결부의 측면에 결합되고, 서로 동일한 각도로 이격되어 방사형으로 배치되는 다수의 제1 가스관;

을 포함하는 가스분사장치
제1항에 있어서,

상기 연결부를 상기 가스인젝터의 단부에 나사결합함으로써 하부에 위치하는 기판과의 거리조절이 가능한 것을 특징으로 하는 가스분사장치
제1항에 있어서,

상기 가스인젝터에는, 상기 가스인젝터의 단부에 상기 연결부를 삽입할 때 상기 제1 가스관의 이동을 가이드하기 위한 것으로서, 상단부가 절곡된 세로방향의 안내홈이 다수 형성된 것을 특징으로 하는 가스분사장치
제1항에 있어서,

인접한 상기 각 제1 가스관의 타단을 서로 연결하는 제2 가스관을 더 포함하며, 상기 제1가스관과 상기 제2 가스관은 서로 연통하는 것을 특징으로 하는 가스분사장치